物理层（2）---------- 物理层的传输媒体和传输方式

物理层下面的传输媒体(了解)

注意，传输媒体不属于计算机网络体系结构的任何一层。如果非要将它添加到体系结构中，那只能将其放在物理层之下。

传输媒体可分为两类

• 导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体传播。

  • 同轴电缆

    

  • 双绞线

    

  • 光纤

    

    • 纤芯：非常透明的石英玻璃拉成细丝(直径8~100微米)

      包层：折射率比纤芯低的玻璃封套 (直径125微米)

      

    • 在发送端，可以采用发光二极管或半导体激光器作为光源。

      在接收端，可以采用光电极管或激光检波器检测光脉冲。

      当光从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角，如图所示。

      

      因此。如果入射角足够大，就会出现全反射，也就是光碰到包层时，就会反射回纤达。该过程反复进行。光也就沿着光纤传输下去。

      

      实际上，只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射。因此。可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤称为多模光纤

      

      由于光的色散问题，光在多模光纤中传输一定距离后必然产生信导失真，也就是脉冲展宽，如图所示。因此，多模光纤只适合近距离传输(建筑物内)，多模光纤对光源的要求不高，可以使用较便宜的发光二极管。

      

      如果光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤称为单模光纤。

      单模光纤没有模式色散：在1.31微米波长附近材料色散和波导色散大小相等符号相反，两者正好抵消。没有脉冲展宽问题，如图所示。

      单模光纤适合长距离传输且衰减小。但它的制造成本高，对光源要求也高，需要使用昂贵的半导体激光器作为光源。

      

  • 电力线

    

• 非导引型传输媒体：非导冯型传输媒体是指自由空间。可使用的是电磁波，有以下可以使用的电磁波，可以利用电磁波在自由空间的传播来传送数据信息。

  

  • 无线电波

    无线电波中的低频和中频频段，主要利用地面波进行传输。

    而高频和甚高频频段，主要是靠电离层的反射。

  • 微波：微波在空间主要是直线传播。

    由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不能经过电离层的反射传播到地面华很远的地方。传统的微波通信主要有两种方式

    • 一种是地面微波接力通信。

      • 由于微波在空间是直线传播的，而地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制，一般只有50公里左右。

        但若采用100米高的天线塔，z则传播距离可增大到100公里。

        为实现远距离通信，必须在一条微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为接力

    • 另一种是卫星通信。

      常用的已星通信方法是在球站之间，利用位于约3万6千公里高空的人造同步地球卫星，作为中继器的一种微波接力通信，其最大特点是通信距离远。相应地。传播时延也比较大，一般在250>300ms之间。

      除同步卫星外，低轨道卫星通信系统已经开始在空间部署，并构成了空间高速链路

• 红外线

  很多家用电器(例如:电视、空调等)都配套有红外遥控器。

  特点：

  • 点对点无线传输
  • 直线传输，中间不能有障碍物，传输距离短
  • 传输速率低(4Mb/s~16Mb/s)

• 可见光

传输方式

串行/并行传输

串行传输

串行传输是指数据是一个比特一个比特依次发送的。

因此，在发送端和接收端之间，只需要一条数据传输线路即可。

并行传输

并行传输是指一次发送n个比特而不是一个比特。

为此，在发送端和接收端之间需要有n条传输线路。

并行传输的优点是速度为串行传输的n倍。缺点，成本高。

在计算机网络中，数据在传输线路上的传输采用的是串行传输还是并行传输?

• 答案是串行传输。
• 计算机内部的数据传输，常采用并行传输方式，
  • 例如CPU与内存之间，通过总线(地址、数据、控制)进行数据传输。

同步/异步传输

同步传输

采用同步传输方式，数据块以稳定的比特流的形式传输，字节之间没有间隔。

接收端在每个比特信的中间时刻进行检测，以判别接收到的是比特0还是比特1。

由手不同设备的时钟频率存在定差异，不可能做到完全相同，在传输大量数据的过程中所产生的判别时刻的累计误差会导致接收端对比特信号的判别错位。

因此，需要采取方法使收发双方的时钟保持同步。实现收发双方时钟同步的方法主要有两种。

• 外同步:在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线。
  • 发送端在发送数据信的同时，易外发送一路时钟同步信号。
  • 接收端按照时钟同步信号的节奏来接收数据。
• 内同步：发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(例如传统以大网所采用的曼彻斯特编码)

异步传输

采用异步传输方式时，以字节为独立的传输单位。字节之间的时间间隔不是固定的。

接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。为此，通常要在每个字节前后分别上起始位和结束位。

这里异步是指字节之间异步。也就是字节之间的时间间隔不固定。但字节中的每个比特仍然要同步。也就是各比特的持续时间是相同的。

通信

单问通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道(每个方向各一条)。

单向通信(单工)

通信双方只有一个数据传输方向。

• 例如，无线电广播采用的就是这种通信方式

双向交替通信(半双工)

通信双方可以相互传输数据。但不能同时进行。

• 例如。对讲机采用的就是这种通信方式。

双向同时通信(全双工)

通信双方可以同时发送和接收信息。

• 例如：电话采用的就是这种通信方式。